波高非线性概率分布高阶谱数值模型研究

由于波浪的调制不稳定以及非线性波-波相互作用等因素的存在,波浪的分布会偏离线性假设下瑞利分布的结果。通过使用高阶谱模型对不同初始条件下波浪数值模拟。对统计得到的波高与线性理论下的瑞利分布和考虑非线性下改进的埃奇沃思-瑞利(MER)分布和依据Gram-Charlier展开的分布(GC分布)进行对比。结果表明,深水条件下波浪传播过程中偏度值变化较小,而峰度值出现增长。在较小有效波高值的波况下波高分布符合瑞利分布,但随着有效波高值的增加,波浪的非线性增强,波高分布与考虑非线性影响下的GC和MER分布结果相符。宽谱下的波高分布偏离瑞利分布的程度小于窄谱的情况,波高分布更接近瑞利分布的结果。

欧洲北海海域波高区间分布概率研究

为了研究欧洲北海海域的波高全区域概率分布情况,从而为海洋平台等海洋浮式结构物的选址和结构设计提供依据。首先基于Global Waves Statistics(GWS)提供的实测数据,确定典型计算工况的发生概率;同时考虑实测数据中极端波浪环境下的数据缺失导致大波高分布概率偏小的问题,利用三参数Weibull分布确定不同重现期下的极值风速,作为典型计算工况的补充。以不同风速、风向的定常风场为输入项,利用第三代海浪数值模型SWAN模型,对北海全区域波高进行数值模拟。将数值模拟的稳态形式依照各工况的发生概率进行归一化累加处理,认为其结果可以表征全区域的波高概率分布情况。以波高概率分布的计算结果为依据,分析北海海域波浪环境的统计学特征,发现有效波高为7m以上的大波高频发区在北海北部区域有大范围分布;有效波高4~5m为北海东北区域的多发海况,极端海况下的有效波高主要分布于7~14m区间,在地形突变区域的波高发生显著变化。

最大信息熵原理在波高分布中的应用

简要介绍最大信息熵原理及其概率估计方法,推导出二阶矩意义下的最大熵概率密度分布表达式.由最大熵法得到了深水充分发展波波高概率分布及风浪槽试验中不同水深时的波高概率分布.以最大熵法得到连云港波高概率分布。

基于实测资料的畸形波概率及波浪要素分析

根据Kjeldsen对畸形波的定义:波高大于有效波高的2倍(H/H_(1/3)>2),基于实测波浪资料,统计分析了江苏射阳海域和广东南澳海域的畸形波个数和波浪要素。江苏射阳海域畸形波发生概率为0.005 7%,广东南澳海域畸形波发生概率为0.007%。用Rayleigh分布、双参数Weibull分布和MER分布对实测数据得到的特征波高进行了拟合,研究了海域内畸形波发生的概率分布。拟合结果表明:MER分布更适合描述两个海域畸形波的发生概率,两个海域畸形波的发生概率均高于Rayleigh分布和Weibull分布。在测量数据期间,台风在海域过境可能增加畸形波的发生概率;同时两个海域的双峰谱占比为22.7%和5.8%,可能也是导致畸形波发生概率增加的原因之一。

不规则波与顺流相互作用的数值模拟与不确定度分析

考虑实际海域普遍存在的波流相互作用现象,研究均匀流对不规则波的波浪特性和不确定度的影响规律.首先,在上海交通大学循环水槽中开展不规则波与均匀流相互作用试验并测量波面升高时历数据;然后,基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程对波流相互作用问题进行数值模拟;最后,将不规则波的有义波高和平均周期作为研究对象,开展包括网格收敛性和时间步长收敛性在内的不确定度分析.研究结果表明:顺流及无流时波高概率分布符合Rayleigh分布;不规则波能量谱峰值在顺流作用下向低频移动;不规则波有义波高对网格尺寸更加敏感,平均周期则更依赖于时间步长;均匀顺流能降低有义波高对时间步长的依赖程度,但对平均周期的影响则相反.

非线性随机表面Kirchhoff散射模式

自从Longuet-Higgnins(1963)根据非线性作用导出较正态分布为准确的波面高度分布以来,高阶矩在军事、高科技等很多方面得到了应用。Huang等(1980)曾检验了高阶非线性分布,他们发现当波高概率分布中包含直至四阶项时与观测结果相符,但如果考虑更高阶不但效果不好,反而更差。尽管非线性随机过程在海浪理论中获得了广泛的应用。